Вернутся на главную

Глава 4. Приборы измерения и контроля


Глава 4. Приборы измерения и контроля на нашем сайте

Статьи
Статьи для студентов
Статьи для учеников
Научные статьи
Образовательные статьи Статьи для учителей
Домашние задания
Домашние задания для школьников
Домашние задания с решениями Задания с решениями
Задания для студентов
Методички
Методические пособия
Методички для студентов
Методички для преподавателей
Новые учебные работы
Учебные работы
Доклады
Студенческие доклады
Научные доклады
Школьные доклады
Рефераты
Рефератывные работы
Школьные рефераты
Доклады учителей
Учебные документы
Разные образовательные материалы Разные научные материалы
Разные познавательные материалы
Шпаргалки
Шпаргалки для студентов
Шпаргалки для учеников
Другое

загрязняющих веществ......................................................... . 284

4.1. Сведения по метрологии ........................................... . 286

4.2. Приборы 1-го уровня................................................... . 292

4.3. Приборы 2-го уровня................................................... . 298

4.4. Приборы 3-го уровня................................................... . 319

Приложения ........................................................................321

Литература............................................................................ .332


Локальной экосистеме — семье автора: жене, Татьяне Яковлевне, и дочерям, Ольге и Юлии Голицыным, — посвящаю

ПРЕДИСЛОВИЕ

«Промышленная экология» и «Мониторинг загряз­нения природной среды» — главные учебные дисципли­ны в подготовке специалистов-экологов в учреждениях среднего экологического образования; наряду с курсом «Экологическая экспертиза» они включены в Государст­венный выпускной экзамен по специальности 3201 «Ох­рана окружающей среды и рациональное природопользо­вание».

Настоящий учебник соответствует примерным про­граммам Государственного образовательного стандарта по специальности 3201 нового поколения (2004 г.). Эти про­граммы претерпели значительные изменения и по обще­му количеству учебных часов (а следовательно, по объему учебного материала), и по содержанию, и по современно­му подходу к изучению экологии, и по описанию новых экологических приборов. Впервые в учебник включен раздел «Процессы и аппараты защиты природной среды», в котором описаны методики расчета аппаратов. Это не только дополнит и углубит изучение промышленной эко­логии, но и повысит уровень практической подготовки специалистов-экологов среднего звена: темами их дип­ломных работ могут быть разработка и расчет тех или иных эффективных очистных сооружений.

Учебник состоит из четырех глав («Промышленная эко­логия», «Процессы и аппараты защиты окружающей сре­ды», «Мониторинг загрязнения природной среды», «При­боры измерения и контроля загрязняющих веществ») и Приложений.

Глава 2 «Процессы и аппараты защиты окружающей среды» дополняет главу 1 «Промышленная экология»; глава 4 «Приборы измерения и контроля загрязняющих веществ» является практическим руководством к главе 3:


без знания экологических приборов невозможно проведе­ние мониторинга загрязнения природной среды. В При­ложениях приведен практический материал, необходимый в работе специалистов-экологов (ПДК загрязняющих ве­ществ, формы экологической отчетности, промышленные источники выброса вредных веществ и т. п.).

Спецификой подготовки специалистов среднего звена является постановка акцента на практическом примене­нии знаний, что учтено автором при работе над учебни­ком. В дальнейшем было бы целесообразным для каждой из дисциплин разработать лабораторные практикумы, так как ввиду ограниченного объема учебника нет возмож­ности привести подробные рекомендации по проведению производственной практики, лабораторных работ и прак­тических занятий.

При разработке учебника был обобщен многолетний опыт преподавания автором экологических дисциплин в учебных заведениях среднего экологического образования.

При написании главы 1 использованы материалы про­фессора РХТУ им. Д.И. Менделеева В.А. Зайцева (по со­гласованию с ним) и несколько схем из наглядного посо­бия Д. Квасничковой и В. Камины; глава 2 написана при участии Н.С. Кухарь; при написании главы 4 автор ис­пользовал ряд наработок Е.А. Мухиной.

Автор глубоко благодарен В.А. Зайцеву, А.И. Радионову, Д. Квасничковой, И.И. Мазуру, Н.С. Кухарь, В.Д. Вало­вой, А.А. Бэккеру, Т.В. Акаеву, В.В. Тарасову, Н.Е. Кручи-ниной, Е.А. Мухиной, А.Г. Муравьеву, В.Н. Денисову.

В создании учебника неоценимую помощь автору ока­зали академики )Н.Н. Моисеев) и А.Г. Назаров; разработ­чики утвержденных примерных программ Государствен­ного образовательного стандарта по специальности 3201 Г.М. Яровая, Е.С. Андреева, Е.Р. Егорова, Н.Т. Голови-

на. Автор выражает признательность 1Е.И. Николаевой А.В. Николаеву, М.Н. Бурлаковой и Т.Я. Голицыной — за помощь в подготовке рукописи.

Автор с благодарностью примет пожелания и замеча­ния в адрес настоящего учебника.


ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время экологическую ситуацию в мире и в России можно оценить как неблагоприятную. По образ­ному выражению академика Н.Н. Моисеева, колебания экологического маятника, закрепленного уже не сверху, а снизу, становятся невозвратными, неустойчивыми. Если маятник закреплен сверху, то после воздействия на него он возвращается в спокойное вертикальное состояние. Если же маятник закреплен снизу, после толчка он может отклониться настолько, что в вертикальное состояние уже не сможет вернуться; ему нужны подпорки. По мнению Н.Н. Моисеева, одна подпорка уже есть — это общечело­веческие табу (законы и запреты, в том числе религиоз­ные). Вторую подпорку — экологическую — человечеству еще необходимо создать. Ею может стать всемирный за­прет: «Не навреди природе, в которой живешь!» Только в этом случае человечество может жить в условиях устойчи­вого равновесия.

Буквально за одно прошлое столетие перед человечес­твом возник ряд мировых проблем, вызванных техничес­ким прогрессом. Наиболее значительные из них:

— парниковый эффект. Вызван колоссальным вы­бросом в атмосферу промышленными предприятиями и транспортом трехатомных газов (главным образом дву­окиси углерода) и пыли. Землю окутывает «одеяло» из газов, лучи Солнца не переизлучаются от Земли в кос­мос, что приводит к потеплению климата и таянию лед­ников;


—озоновые дыры. Расположенный в верхней части
атмосферы щит Земли — слой озона — препятствует
попаданию на Землю ультрафиолетовых лучей Солнца.
Но под воздействием соединений фтора и хлора, а так­
же оксидов азота озоновый слой разрушается, что чре­
вато очень опасными для здоровья человека послед­
ствиями, в частности заболеванием раком кожи — ме-
ланомой;

—кислотные дожди. Их «инициатором» являются кис­
лые газы (оксиды серы, азота и углерода). Такие дожди
отрицательно влияют на людей, животных, раститель­
ность, в частности приводят к заболеваниям человека, к
снижению урожайности сельскохозяйственных культур,
вызывают коррозию металлов;

—радиация. Чтобы оценить потенциальную опасность
ядерной энергии, достаточно вспомнить Хиросиму и На­
гасаки, а также катастрофу на Чернобыльской АЭС;

—опустынивание земель и засоление почвы. Выпадаю­
щие на Землю вредные вещества, а также загрязненная
вода, попадающая в почву, в значительной степени
обедняют ее, делают непригодной для возделывания.
Промышленная и «дикая» вырубка лесов приводит к
образованию пустынь и вырождению целых экологичес­
ких систем, к гибели различных видов животных и рас­
тений.

Все перечисленные беды Земли связаны с ростом про­мышленного производства и увеличением количества транспортных средств.

Сегодня недостаточно только знать о ноосфере и тро­фических цепях — надо иметь понятие об очистных со­оружениях и уметь их создавать и рассчитывать, как не­достаточно родить ребенка — его надо защищать и на­учить выживанию. Недостаточно вырастить дерево — необходимо вырастить минимум сорок деревьев (вместе со студентами автор посадил на пустырях Москвы около двух тысяч саженцев).

ю


При изучении промышленной экологии необходимо прежде всего обратить внимание студентов на техно­логические процессы тех отраслей промышленности и транспорта (с точки зрения экологов, промышленность и транспорт неразделимы), которые загрязняют природу в большей степени. Наибольший «вклад» в загрязнение окружающей среды вносят энергетика, металлургия, хи­мическое производство, промышленность строительных материалов, транспорт, особенно в мегаполисах.

Естественно, в рамках одной дисциплины изучить все технологии невозможно, но существуют общие законо­мерности их экологического совершенствования, о кото­рых должен знать эколог-практик: принципы создания экологически чистых производств, рациональное исполь­зование отходов производства, применение водооборот-ных циклов, наболее эффективные способы захоронения ядовитых отходов, создание территориально-производствен­ных комплексов и т. д.

Специалист-эколог среднего звена должен знать клас­сификацию загрязняющих веществ и их предельно допус­тимые концентрации (ПДК) с учетом специфики того или иного типа производства; конструкции эффективных аппаратов защиты окружающей среды (отстойников, скрубберов, циклонов и т. п.) и простейшие методы их расчета; порядок проведения экологического контроля на производстве, включая обнаружение с помощью прибо­ров экспресс-анализа неплановых источников вредных выбросов и способы их устранения; он должен уметь составлять экологический паспорт предприятия. Именно техники-экологи на производстве измеряют объем вред­ных выбросов и ведут экологическую отчетность. Их практический вклад на этом уровне даже более весом, чем вклад инженеров-экологов.

Мониторинг загрязнения природной среды отличается от производственного экологического контроля по мас­штабу измерений, их регулярности, а также по обобще­нию полученных данных и прогнозированию экологичес­кой ситуации.

И


В рамках дисциплины «Мониторинг загрязнения при­родной среды» выпускник учреждения среднего экологи­ческого образования должен:

— иметь представление об уровнях Единой государст­
венной системы экологического мониторинга в России
и глобальной системы мониторинга окружающей среды,
о методах прогнозирования экологической ситуации;

— знать современные методы контроля окружающей
среды; современные требования государственных стан­
дартов к состоянию атмосферы, природных вод и почвы;
показатели загрязнения воздуха, воды и почвы и основ­
ные критерии для составления перечня загрязняющих ве­
ществ, подлежащих контролю; устройство приборов эко­
логического контроля (и владеть навыками работы с ни­
ми);

— уметь оформлять отчетную экологическую докумен­
тацию при работе на стационарных и передвижных пос­
тах наблюдения.


Глава 1 ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ

Цель изучения курса «Промышленная экология» — освоение знаний в области защиты окружающей среды от промышленных выбросов вредных веществ в атмосферу и поверхностные воды, а также от твердых и жидких отхо­дов, загрязняющих почву.

Дисциплина «Промышленная экология» является ос­новой изучения курсов рационального природопользова­ния и охраны окружающей природной среды.

Промышленные выбросы отрицательно влияют на ок­ружающую среду. Снижение их количества и изменение (улучшение) их качества должно обеспечить охрану здо­ровья населения Земли. Необходимо оперативное вмеша­тельство в процесс загрязнения природы, иначе уже в се­редине настоящего столетия человечество может оказать­ся на грани экологической катастрофы.


Рис. 1.1. Влияние технического прогресса на развитие цивилизации


На рис. 1.1 приведена схема негативного влияния тех­нического прогресса на развитие цивилизации.


Как уже указывалось выше, основными техногенными проблемами на пороге XXI в. являются:

— парниковый эффект (причина — выбросы промыш­
ленными предприятиями и транспортом оксидов углеро­
да, азота и серы, а также пыли, золы и сажи);

— образование и расширение озоновых дыр в атмос­
фере Земли (причина — промышленные выбросы фтор-
содержащих соединений, хлора и оксидов азота);

— кислотные дожди (причина — промышленное за­
грязнение атмосферы оксидами азота, серы и углерода);

— радиация (причина — выбросы атомными электро­
станциями изотопов урана, стронция, йода и других ра­
диоактивных веществ);

— опустынивание земель и засоление почвы (причина —
отрицательное влияние на окружающую среду кислотных
дождей и твердых отходов производства).

Рис. 1.2. Круговорот азота и его соединений в природе


На рис. 1.2 показан техногенный круговорот вредных веществ в природе на примере соединений азота.


Академик В.И. Вернадский в работе «Химическое стро­ение биосферы Земли и ее окружение» писал: «Ни один живой организм в свободном состоянии на Земле не нахо­дится. Все эти организмы неразрывно и непрерывно связа­ны — прежде всего питанием и дыханием — с окружающей их материально-энергетической средой. Вне ее природ­ных условий они существовать не могут». Вода, воздух и земля имеют свойство поглощать и очищать ядовитые вы­бросы. Однако в настоящее время этому наступил предел.

На рис. 1.3 показана схема взаимосвязи человека с окружающей средбй. Из схемы видно, что в результате взаимодействия человека с воздухом, водой и почвой возникают промышленные и бытовые отходы, которые после очистки и переработки возвращаются в окру­жающую среду, однако их ценность с точки зрения удовлетворения запросов человека в значительной мере снижается.


Рис. 1.3. Схема взаимодействия человека с природой: газообразная среда;-------------- жидкая среда;--------------- твердая среда; ............. взаимосвязь

Технология включает конкретные технологические системы (ТС). Для окружающей среды наиболее вредо-


носными являются следующие ТС: энергетика, транспорт (особенно автомобильный в крупных городах), металлур­гия, химическое производство, строительная промышлен­ность, сырьевое производство.

К сожалению, на производство необходимой для чело­века продукции затрачивается только 2% сырья, все ос­тальное превращается в отходы; некоторые из них ток­сичны (опасны для здоровья). На каждого жителя разви­тых стран приходится около 20 т сырья в год, а расходы на обезвреживание и переработку отходов достигают 10% от суммарных расходов на производство продукции.

Проблему рационального природопользования подраз­деляют на две части: защиту окружающей среды от за­грязнения отходами производства и быта; повторное ис­пользование материальных и энергетических ресурсов — их называют вторичными материальными ресурсами (BMP) и вторичными энергетическими ресурсами (ВЭР). Идеально было бы организовать производство так, чтобы в масштабах завода, региона, страны основными были BMP и ВЭР, а первичное сырье шло бы только на вос­полнение потерь и расширение производства.

Промышленная экология — это наука, которая изуча­ет экономическую деятельность людей и управление ма­териальным производством во взаимосвязи с фундамен­тальными биологическими, химическими и физическими глобальными системами. Предмет изучения промышлен­ной экологии — эколого-экономические и эколого-пра-вовые системы. В отличие от других экологических наук промышленная экология является наиболее функци­ональной, так как рассматривает взаимосвязь материаль­ного (промышленного) производства со средой обитания человека.

В природе 90% энергии расходуется на разложение и возвращение веществ в биогеохимический кругооборот, в системе же взаимодействия человека с природой основ­ное количество энергии используется в производстве и потреблении необходимой человеку продукции, а матери­альное сырье в основном превращается в отходы.


Промышленная экология решает проблемы рациональ­ного использования природных ресурсов, предотвращения (на первом этапе — ограничения) загрязнения окружаю­щей среды, совмещения техногенного и биогеохимиче­ского кругооборотов веществ. Иначе говоря, промышлен­ная экология служит средством обеспечения устойчивого функционирования эколого-экономических систем.

Перед промышленной экологией поставлены и такие за­дачи, как контроль загрязнения окружающей среды (и как высшая форма контроля — мониторинг), анализ экологи­ческой ситуации. В широком понимании контроль вклю­чает в себя инвентаризацию материальных и энергетиче­ских ресурсов, качественную и количественную оценку влияния человека на окружающую среду и поиск путей снижения отрицательного воздействия на нее промыш­ленности. К числу задач промышленной экологии отно­сятся также: определение и ранжирование отраслей-за­грязнителей и источников загрязнения; поиск путей снижения вредных выбросов источниками загрязнения с учетом снижения материальных затрат на природоохран­ную деятельность; прогнозирование последствий хозяйст­венной деятельности; экологизация промышленных тех­нологий; очистка воздуха и воды; решение проблем ис­пользования или захоронения твердых промышленных и бытовых отходов, а также эколого-экономическая экспер­тиза вновь принимаемых проектов и технических решений.

Средства решения задач, стоящих перед промышлен­ной экологией, включают в себя современные достиже­ния науки и техники, экономические рычаги (налогооб­ложение, стимулирование) и природоохранное законода­тельство (еще Платон выдвигал принцип: «Кто загрязняет, тот и платит»).

Для комплексного решения экологических проблем создаются территориально-производственные комплексы (ТПК) и эколого-промышленные парки, в которых реализу­ются следующие методы, применяемые в промышленной экологии:

— предупреждение отрицательного влияния производ­ства на окружающую среду;


— эффективное использование сырьевых и энергети­
ческих ресурсов, в том числе BMP и ВЭР;

— учет последствий принятых решений;

— планирование производства с учетом экологических
ограничений;

— управление качеством окружающей среды;

— наблюдение за всеми технологическими процесса­
ми — от переработки сырья до захоронения отходов;

— применение малоотходных процессов (к сожалению,
создание идеальных безотходных процессов в настоя­
щее время невозможно);

— рециркуляция ресурсов.

С точки зрения экологии в природе материальные по­токи являются замкнутыми, в то время как в промышлен­ности эти потоки рассредоточены и характеризуются ма­лыми концентрациями полезных веществ в отходах, что мешает их эффективному использованию.

Важнейшие направления промышленной экологии — экологизация технологий, создание малоотходных про­цессов, очистка от вредных примесей атмосферы и вод­ных ресурсов, переработка твердых отходов (или их захо­ронение), использование экономических и правовых ры­чагов для охраны окружающей среды.

Отсюда очевидны значение и роль промышленной экологии в современном мире. Как метко выразились И. Ильф и Е. Петров, не надо объявлять кампанию по уборке мусора: надо взять метлу и подмести улицу.





Название статьи Глава 4. Приборы измерения и контроля